La forma completa de HVAC es calefacción, ventilación y aire acondicionado. Un HVAC adecuado brinda comodidad a las personas y mantiene un entorno eficaz para los alrededores. HVAC adecuado Permite que los seres humanos existan en condiciones adversas. El requisito de los sistemas HVAC es imprescindible para áreas críticas como salas de control, salas de equipos electrónicos, salas de interruptores, salas de baterías, áreas de talleres, etc. en una planta petroquímica. Los sistemas HVAC están diseñados siguiendo los principios básicos de la termodinámica, la transferencia de calor y la mecánica de fluidos. El objetivo principal del sistema HVAC es ajustar y cambiar las condiciones del aire exterior a las condiciones deseadas de los edificios ocupados para lograr el confort térmico de los ocupantes. El aire exterior se aspira dentro de los edificios y se calienta o se enfría según las condiciones exteriores.
Objetivos de los sistemas HVAC
La intención principal de los sistemas HVAC es la comodidad de los ocupantes. Otros objetivos importantes son
- Mantener las condiciones ambientales (temperatura y humedad) adecuadas a los requerimientos de operación.
- Aumento de la productividad.
- Durabilidad de edificios y equipos.
- Mantener la presurización entre áreas peligrosas y no peligrosas.
- Aumente la vida y la salud.
- Dilución y eliminación de concentraciones potencialmente peligrosas de mezclas gaseosas inflamables/tóxicas en áreas peligrosas.
- Filtración de polvo, contaminantes químicos y olores a través de filtros químicos y activados por carbón.
- Las condiciones interiores de 21–24 °C y 50–60 % de humedad relativa son las más cómodas y puras del aire.
- El aislamiento de áreas individuales y el control de la ventilación en condiciones de emergencia, a través de la interfaz con la lógica de apagado de los sistemas de seguridad de detección y alarma de incendios y gases.
Sin embargo, tenga en cuenta que un sistema HVAC no está diseñado para evitar eventos catastróficos, como la liberación de gases tóxicos y/o peligrosos. Además, HVAC no puede compensar por sí solo las características de diseño de seguridad intrínsecas, como la estabilidad estructural, los revestimientos, la segregación de áreas, los sistemas de protección contra incendios, etc. Solo ayuda al proceso de seguridad.
Componentes del sistema HVAC
Los componentes del sistema HVAC que acondicionan el aire para mantener el confort térmico del espacio y los ocupantes y lograr la calidad del aire interior requerida son:
- Filtro de aire
- ventilador de suministro
- Plenum de aire mixto y control de aire exterior
- Ventiladores de escape o alivio y una salida de aire
- Entrada de aire exterior
- Conductos
- Dispositivos terminales
- Serpentines de calefacción y refrigeración
- Unidad de calefacción o refrigeración autónoma
- Sistema de aire de retorno
- Torre de enfriamiento
- Caldera
- Control
- Equipos de humidificación y deshumidificación
- Enfriador de agua
Tipos de sistemas HVAC
Hay cuatro tipos principales de sistemas HVAC disponibles en diferentes tamaños. Están:
- Sistemas HVAC divididos
- Sistemas híbridos HVAC Heat Split,
- Sistemas HVAC sin ductos o sin ductos, y
- Sistemas empaquetados de calefacción y aire acondicionado HVAC.
Sistemas HVAC divididos:
Un sistema HVAC dividido es el tipo más común y clásico de sistema HVAC que proporciona eficiencia energética a costos más bajos. En este modelo, los componentes se mantienen tanto en el exterior como en el interior del edificio y el sistema se divide en dos unidades principales, una para calefacción y otra para refrigeración. La instalación de sistemas split HVAC es bastante compleja; Por lo tanto, debe realizarse bajo la supervisión de un experto. Por lo general, un sistema HVAC dividido consta de
- Un componente exterior, o un condensador, como un acondicionador de aire o una bomba de calor.
- Un componente interior que consta de un serpentín o ventilador del evaporador, junto con hornos que convierten el refrigerante y ayudan a hacer circular el aire.
- Un sistema de conductos que hacen circular el aire desde la unidad HVAC por todo el edificio.
- Un termostato programable o no programable para gestionar el sistema.
- Accesorios como purificadores, filtros de aire, lámparas UV o humidificadores para mejorar la calidad y el confort del aire interior.
Sistemas híbridos HVAC Heat Split:
Los sistemas HVAC híbridos de calor dividido son básicamente una forma avanzada de sistema dividido con eficiencia energética mejorada y facturas de servicios públicos más bajas. Este tipo de sistemas HVAC normalmente consta de
- Un serpentín del evaporador y hornos que funcionan para convertir el refrigerante y hacer circular el aire.
- Una bomba de calor para enfriar o calentar refrigerante.
- Un horno de gas o petróleo.
- Conductos para llevar el aire caliente o frío a todo el edificio.
- Accesorios para mejorar la calidad del aire interior.
Sistemas HVAC sin ductos o sin ductos:
Un sistema HVAC sin ductos o mini-split es un sistema HVAC ultraeficiente único con grandes costos iniciales. Proporciona grandes beneficios para determinadas necesidades y aplicaciones donde no se pueden utilizar los sistemas convencionales de conductos.
Los sistemas HVAC sin conductos o sin conductos constan de los siguientes componentes:
- Un acondicionador de aire o una bomba de calor para enfriar o calentar el refrigerante.
- Cables y tubos para conectar el refrigerante de la unidad exterior al fancoil.
- Un fancoil compacto.
- Un termostato para gestionar el sistema.
- Accesorios para la calidad del aire interior.
Sistemas compactos de calefacción y aire acondicionado HVAC:
Los sistemas HVAC de aire acondicionado y calefacción empaquetados son los más adecuados para edificios sin suficientes espacios interiores para los componentes del sistema dividido. En tales sistemas HVAC, todos los componentes vienen juntos en un solo paquete. Entonces, más fácil de instalar. Pero el sistema empacado está afuera, expuesto a condiciones climáticas extremas, por lo que puede dañarse fácilmente. Un sistema HVAC de calefacción y aire comprimido generalmente consta de:
- Una bomba de calor, un horno de gas y un acondicionador de aire, y el fancoil y el evaporador residen en una unidad
- Una interfaz/termostato en la parte frontal de la unidad para controlar el sistema.
- Accesorios opcionales de calidad del aire interior.
Dependiendo de la ubicación del equipo principal, los sistemas HVAC se pueden clasificar como
- Sistemas HVAC centralizados y
- Sistemas HVAC Descentralizados o Locales.
Las principales diferencias entre el sistema HVAC centralizado y descentralizado se proporcionan en la siguiente tabla:
| Sistema de climatización centralizado | Sistema HVAC Descentralizado o Local |
| Visualmente atractivo ya que el equipo mecánico está oculto en la sala de máquinas. | Visualmente poco atractivo. |
| Menos flexible. | Flexibilidad para operar diferentes partes del edificio en momentos seleccionados. Además, flexible para mantener diferentes temperaturas en diferentes partes del edificio. |
| Menos eficiencia energética | La eficiencia es más. |
| Mayor costo de instalación y operación | Menor costo de operación e instalación. |
| Fácil mantenimiento y menor costo de mantenimiento | Difícil de mantener y el costo es mayor. |
| El equipo de reserva se acomoda para la resolución de problemas y el mantenimiento. | Sin equipo de respaldo o de reserva |
| Larga vida útil | Equipo confiable, pero la vida útil estimada normalmente es menor. |
Sistema HVAC centralizado vs descentralizado
Selección del sistema HVAC
La selección de sistemas HVAC para un edificio determinado depende de varios factores, como se menciona a continuación:
- El clima.
- La forma, el tamaño, la función, el diseño arquitectónico y la edad del edificio.
- Las preferencias individuales del propietario/diseñador de HVAC.
- Densidad de ocupantes.
- El presupuesto del proyecto (costo inicial, costo operativo, costo de mantenimiento, costo del ciclo de vida)
- Impacto Ambiental, Ruido, etc.
- Parámetros de rendimiento como capacidad de calefacción, capacidad de refrigeración, humedad, eficiencia, sostenibilidad, constructibilidad, control de partículas, ventilación, etc.
- Esperanza de vida.
- Control S.
- Consumo de energía.
- Tiempo disponible para la construcción.
Requisitos del sistema HVAC
Un sistema HVAC basado principalmente en los siguientes cuatro requisitos:
- Equipo primario
- Requerimiento de espacio,
- Distribución de aire, y
- Tubería
El equipo primario incluye equipos de calefacción (calderas de vapor/calderas de agua caliente), equipos de suministro de aire (ventiladores centrífugos, ventiladores axiales y ventiladores tipo tapón o plenum) y equipos de refrigeración (enfriadores de agua o refrigerantes).
Para especificar un sistema HVAC según los requisitos de diseño, se requiere espacio para las siguientes instalaciones:
- Salas de equipos
- instalaciones de climatización
- Salas de ventiladores
- Eje vertical.
- Espacio de acceso al equipo para la instalación, reposición y mantenimiento.
La distribución de aire representa la red de conductos para llevar el aire acondicionado al área deseada de forma directa, silenciosa y económica. Se compone de unidades terminales de aire, unidades terminales accionadas por ventilador, unidades terminales de volumen de aire variable, unidades terminales de inducción de aire y unidades terminales de inducción de aire y agua. Para evitar la pérdida de calor y ahorrar energía, todos los conductos y tuberías deben estar aislados. Para albergar conductos, los edificios deben tener suficientes espacios en el techo.
El sistema de tuberías es esencial para suministrar refrigerante, agua enfriada, vapor, agua caliente, gas y condensado hacia y desde el equipo HVAC de forma directa, silenciosa y asequible. Los sistemas de tuberías en el diseño HVAC normalmente se dividen en dos partes: la tubería en la sala de equipos de la planta central y la tubería de entrega. Según el requisito del código vigente, las tuberías HVAC pueden o no estar aisladas.
¿Cómo funciona un sistema HVAC?
La Fig. 1 a continuación muestra un diagrama esquemático que explica la función básica de un sistema HVAC:
Ciclo básico de refrigeración:
Capacidad de aire acondicionado: la “tonelada”:
- Una tonelada de refrigeración (TR) se define como la cantidad de calor que se extrae para congelar 1 tonelada (1 tonelada corta estadounidense son 2000 libras) de agua en hielo a 0 °C en 24 horas.
- 1 tonelada de refrigeración = 12000 Btu/hr o 3024 Kcal/hr
TR = Q x Cp x (Ti – A) / 3024
- Q = caudal másico de refrigerante en kg/h
- Cp = calor específico del refrigerante en KCal/kg grados C
- Ti = entrada, la temperatura del refrigerante al evaporador (enfriador) en °C
- To = temperatura de salida del refrigerante del evaporador (enfriador) en °C
Obra Mayor en HVAC (Fig. 3):
- El diseño del sistema HVAC para edificios de plantas, que requiere temperatura, humedad, presión interna y limpieza específicas en diversas condiciones.
- Preparación de cálculos de carga de calor, diagrama del sistema y plan de conductos/tuberías.
- Dimensionamiento y selección de equipos.
Flujo de trabajo de climatización:
Herramientas y productos:
E20-II, Élite
- Informe de capacidad del sistema (ventilador, refrigeración, calefacción, humidificación)
- Año Simulación (Potencia, Operación, Costo)
- Análisis de carga por cada habitación
Alcance del trabajo:
- Diseño preliminar
- Comprobación de impresión del proveedor
- Ingeniería
- Campo de ingeniería
Equipo básico de climatización:
- Ventiladores / Sopladores
- Unidades de tratamiento de aire (UTA)
- filtros
- Compresor
- Unidades condensadoras
- Evaporador (serpentín de refrigeración)
- Sistema de control
- Sistema de distribución de aire
Tipos comunes de sistemas HVAC:
- Aire acondicionado de ventana/split
- Divisiones canalizables
- Unidades empaquetadas
- Unidades Fan Coil
- Unidades VRV
- Sistema de Expansión Directa
- Sistema de agua helada
Sistema dividido:
Unidad de Tratamiento de Aire (UTA):
Equipo HVAC (Fig. 7):
- enfriadores
- Intercambiadores de calor
- Torres de enfriamiento
- Humidificadores
Distribución del aire:
- conductos
- Metal
- Flexible
- tablero de conductos
- Rejillas, persianas y registros
- Amortiguadores
- Apagar
- Fuego
- Fumar
- Selladores
- Soporta
Códigos y estándares de HVAC
A continuación se enumeran varios códigos y estándares bien establecidos que se siguen en diferentes etapas del diseño del sistema HVAC:
- ISO 15138, Calefacción, ventilación y aire acondicionado.
- Norma NORSOK H-001, Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado.
- Norma 55 de ASHRAE: Condiciones ambientales térmicas para la ocupación humana.
- ANSI/API RP 500: Práctica recomendada para la clasificación de ubicaciones para instalaciones eléctricas en instalaciones petroleras de Clase 1 División 1 o División 2.
- Norma ASHRAE 62.1: Ventilación para una calidad de aire interior aceptable.
- BS 5925: Principios de ventilación y diseño para ventilación natural.
- Estándar ASHRAE 90.1: Estándar de energía para edificios excepto para edificios residenciales de baja altura.
- BS EN 60079-10: Aparatos eléctricos para atmósferas explosivas de gas, Parte 10. Clasificación de áreas peligrosas.
- IP, Código Modelo de Prácticas Seguras para la Industria del Petróleo: Parte 15
- IS – 12332 Para Ventilación en Plantas Petroquímicas y Refinerías.
- IS – 3103 Para Ventilación Industrial.
- OISD – 163 Seguridad de Sala de Control para la industria de Hidrocarburos.
Cursos de climatización en línea
Los cursos en línea que se mencionan a continuación lo ayudarán a actualizar sus conocimientos al siguiente nivel. Entonces, haga clic en el tema que le interesa aprender, revíselo primero y luego inscríbase si lo considera adecuado para usted:
- Psicrometría HVAC, sistema de tratamiento de aire y selección de conductos
- HVAC con HAP|Excel|AutoCAD|Cálculos manuales
- Fundamentos de HVAC y controles BMS
- Conviértase en un profesional de HVAC – Parte 1/3- Fundamentos y conceptos básicos
- HVAC con Revit MEP y proyectos prácticos
- Conviértase en un PRO de HVAC_La guía definitiva de HVAC
- Procedimientos de puesta en marcha del sistema HVAC
- Cálculo de carga de calefacción y refrigeración HVAC
Referencias:
- https://sftool.gov/explore/green-building/section/9/hvac/system-overview
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926580509001897
